JP2013195338A - Uv index measuring apparatus and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、UVインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なUVインデックス測定装置、およびUVインデックス測定方法に関する。 The present invention relates to a portable UV index measuring apparatus and a UV index measuring method capable of measuring a UV index with high accuracy.
紫外線が人体に及ぼす悪影響の程度を分かりやすく表す指標として、UVインデックスが知られている。UVインデックスは、地上に到達したA領域紫外線(UV−A:波長315nm〜400nm)およびB領域紫外線(UV−B:波長280nm〜315nm)の強度EλとCIE作用スペクトルSerとの積を250nm〜400nmにわたって積分し、得られた積分値ICIEを定数で割ることにより求められる。 The UV index is known as an index that easily shows the degree of adverse effects of ultraviolet rays on the human body. UV index, A area ultraviolet rays reaching the earth (UV-A: Wavelength 315Nm~400nm) and B region ultraviolet: 250 nm the product of the intensity E lambda and CIE action spectrum S er of (UV-B wavelength 280Nm~315nm) It is obtained by integrating over ˜400 nm and dividing the obtained integrated value I CIE by a constant.
なお、CIE作用スペクトルSerは次式で定義され、これをグラフに表すと図1に示す通りとなる。
従来のUVインデックス測定方法としては、ブリューワー分光光度計を用いてA領域紫外線およびB領域紫外線の強度Eλを測定する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この測定方法によれば、波長毎の強度Eλを精度良く測定することができるので、上記積分等の複雑なディジタル的処理を行うことによりUVインデックスを正確に測定することができる。しかしながら、ブリューワー分光光度計は高価かつ大型なので、任意の場所に持ち運んで測定を行ったり、設置場所を増やしたりするのが非常に困難であった。このため、この測定方法でブリューワー分光光度計が設置されていない場所のUVインデックスを得るためには、別の場所で測定されたUVインデックスから不正確な類推をするより他なかった。 As a conventional UV index measuring method, a method of measuring the intensity E lambda of the UV-A and B regions ultraviolet with Brewer spectrophotometer they are known (e.g., see Non-Patent Document 1). According to this measurement method, the intensity E λ for each wavelength can be measured with high accuracy, so that the UV index can be accurately measured by performing complicated digital processing such as integration. However, since the Brewer spectrophotometer is expensive and large, it is very difficult to carry it to any place for measurement or increase the number of installation places. For this reason, in order to obtain the UV index of the place where the Brewer spectrophotometer is not installed by this measurement method, there was nothing but to make an inaccurate analogy from the UV index measured at another place.
この他、従来のUVインデックス測定方法としては、フィルタを透過してきた特定波長の光を半導体光センサで検出するとともに、当該光センサの出力値に基づいてUVインデックスを測定する方法も知られている。この測定方法では、例えば、英弘精機製のB領域紫外放射計「MS−212W」が使用される。図3に示すように、同放射計10は、350nmよりも短波長の光を透過する干渉フィルタ11と、干渉フィルタ11の透過光によって当該透過光とは異なる波長で発光せしめられる蛍光体12と、蛍光体12の発光スペクトルをシャープにするカットフィルタ13と、カットフィルタ13の透過光を検出するSiフォトダイオード14(光センサ)とを備えている。この他、放射計10は、光を集光するための石英ドームや集光した光を拡散するための拡散板も備えている。
In addition, as a conventional UV index measuring method, there is also known a method of detecting light of a specific wavelength transmitted through a filter with a semiconductor optical sensor and measuring the UV index based on the output value of the optical sensor. . In this measurement method, for example, a B region ultraviolet radiometer “MS-212W” manufactured by Eihiro Seiki is used. As shown in FIG. 3, the
この放射計10は持ち運べる程度に小型であり、かつブリューワー分光光度計ほど高価でもない。したがって、この測定方法によれば、任意の場所のUVインデックスを測定することができる。しかしながら、この測定方法は、経時変化および/または周囲環境の変化等によって蛍光体12またはカットフィルタ13の特性が変化すると、Siフォトダイオード14で検出される光の波長域および大きさが本来検出すべき波長域および大きさからずれてしまい、測定精度が悪化するという問題があった。また、この測定方法では、特性が変化しやすいSiフォトダイオード14を使用しているので、検出される光の波長域および大きさが一定であるにもかかわらず出力値が変化し、測定精度が悪化するという問題もあった。
The
さらに、この測定方法では、複数段のフィルタ(11、13)によって選択された非常に狭い範囲の波長の光を測定した結果と、別途入手した大気の状態に関するデータとに基づいて図2に示すスペクトルを類推し、当該スペクトルを積分するというディジタル的処理によってUVインデックスを求めているが、通常、大気の状態を正確に測定するのは非常に困難である。この点も、この測定方法の誤差発生要因となっていた。 Furthermore, in this measurement method, it shows in FIG. 2 based on the result of having measured the light of the wavelength of the very narrow range selected by the filter (11, 13) of several steps, and the data regarding the atmospheric condition acquired separately. The UV index is obtained by a digital process of analogizing the spectrum and integrating the spectrum, but it is usually very difficult to accurately measure atmospheric conditions. This point was also a cause of error in this measurement method.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、UVインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なUVインデックス測定装置、およびUVインデックス測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a portable UV index measuring apparatus and a UV index measuring method capable of accurately measuring a UV index. is there.
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、カットオフ特性をCIE作用スペクトルに近似させた光センサを用い、UVインデックスの測定に必要な波長の光を当該光センサ自身がアナログ的に積分する構成とすれば、ブリューワー分光光度計を用いて上記複雑なディジタル的処理を行った場合と同等の結果が容易に得られることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made extensive studies, and as a result, uses an optical sensor having a cutoff characteristic approximated to a CIE action spectrum, and transmits light having a wavelength necessary for UV index measurement. As a result of the analog integration, the present inventors have found that the same results as those obtained when the complex digital processing is performed using a Brewer spectrophotometer can be easily obtained, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明に係るUVインデックス測定装置は、特定波長の光を透過させる光フィルタと、光フィルタの透過光を検出するワイドギャップ半導体からなる光センサと、光センサの出力値に基づいてUVインデックスを求める演算手段とを備え、光センサがCIE作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有し、光センサの長波長側のカットオフ波長λsおよび光フィルタの長波長側のカットオフ波長λfの間に“λf>λs”の関係があることを特徴とする。 That is, the UV index measuring device according to the present invention includes an optical filter that transmits light of a specific wavelength, an optical sensor that includes a wide gap semiconductor that detects transmitted light of the optical filter, and an UV index based on an output value of the optical sensor. The optical sensor has a cutoff characteristic that approximates the CIE action spectrum, and the cutoff wavelength λ s on the long wavelength side of the optical sensor and the cutoff wavelength λ f on the long wavelength side of the optical filter There is a relationship of “λ f > λ s ” between them.
この構成では、光センサ自身がCIE作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有している。また、この構成では、測定結果に微小な影響を及ぼすに過ぎない長波長光を遮蔽するために光フィルタが補助的に設けられている。したがって、この構成では、経時変化および/または周囲環境の変化により光フィルタの特性が変化したとしても、光センサの出力値はほとんど変動しない。すなわち、この構成によれば、UVインデックスを常に精度良く測定することができる。 In this configuration, the optical sensor itself has a cutoff characteristic that approximates the CIE action spectrum. Further, in this configuration, an optical filter is supplementarily provided to shield long wavelength light that has only a minute influence on the measurement result. Therefore, in this configuration, even if the characteristics of the optical filter change due to changes over time and / or changes in the surrounding environment, the output value of the optical sensor hardly varies. That is, according to this configuration, the UV index can always be measured with high accuracy.
また、この構成によれば、主たる構成要素が光フィルタ、光センサおよび演算手段だけなので、小型かつ軽量なUVインデックス測定装置を実現することができる。 In addition, according to this configuration, since the main components are only the optical filter, the optical sensor, and the calculation means, a small and lightweight UV index measuring device can be realized.
上記UVインデックス測定装置は、光センサのカットオフ波長λsおよび光フィルタのカットオフ波長λfの間に“λf−λs≧20nm”の関係があることが好ましい。より具体的には、上記UVインデックス測定装置は、光センサのカットオフ波長λsが290nm〜310nmの範囲内で設定され、かつ、光フィルタのカットオフ波長λfが320nm〜400nmの範囲内で設定されていることが好ましい。 In the UV index measuring apparatus, it is preferable that a relationship of “λ f −λ s ≧ 20 nm” exists between the cutoff wavelength λ s of the optical sensor and the cutoff wavelength λ f of the optical filter. More specifically, in the UV index measuring device, the cutoff wavelength λ s of the optical sensor is set within the range of 290 nm to 310 nm, and the cutoff wavelength λ f of the optical filter is within the range of 320 nm to 400 nm. It is preferable that it is set.
この構成によれば、20nm幅のバッファゾーンが設けられているので、光フィルタの特性が変化することによる測定精度の悪化を確実に防ぐことができる。 According to this configuration, since the buffer zone having a width of 20 nm is provided, it is possible to reliably prevent deterioration in measurement accuracy due to changes in the characteristics of the optical filter.
上記UVインデックス測定装置は、光センサがAlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1−x)またはZnxMg1−xO(ただし、0≦x≦1)からなる紫外線センサであることが好ましい。 In the UV index measuring apparatus, the optical sensor is Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1-x) or Zn x Mg 1-x O (where 0 It is preferable that the ultraviolet sensor is composed of ≦ x ≦ 1).
この構成によれば、Al、GaおよびInの組成比、またはZnおよびMgの組成比を調整することにより、容易にカットオフ特性をCIE作用スペクトルに近似させることができる。 According to this configuration, the cutoff characteristic can be easily approximated to the CIE action spectrum by adjusting the composition ratio of Al, Ga, and In or the composition ratio of Zn and Mg.
また、上記UVインデックス測定装置は、光フィルタが色ガラスフィルタであることが好ましい。 In the UV index measuring apparatus, the optical filter is preferably a colored glass filter.
色ガラスフィルタは入手が容易であり、かつ安価である。したがって、この構成によれば、UVインデックス測定装置の製造コストを低減することができる。 Color glass filters are easily available and inexpensive. Therefore, according to this configuration, the manufacturing cost of the UV index measuring device can be reduced.
また、上記課題を解決するために、本発明に係るUVインデックス測定方法は、長波長側のカットオフ波長λfが320nm〜400nmの範囲内で設定された光フィルタの透過光を、長波長側のカットオフ波長λsが290nm〜310nmの範囲内で設定されたワイドギャップ半導体からなる光センサで検出するステップと、光センサの出力値に基づいてUVインデックスを求めるステップと、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the UV index measurement method according to the present invention uses the transmitted light of the optical filter in which the cut-off wavelength λ f on the long wavelength side is set within the range of 320 nm to 400 nm, Detecting with an optical sensor made of a wide-gap semiconductor whose cutoff wavelength λ s is set within a range of 290 nm to 310 nm, and obtaining a UV index based on the output value of the optical sensor. Features.
UVインデックス測定装置の場合と同様、上記UVインデックス測定方法においても、光センサはAlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1−x)またはZnxMg1−xO(ただし、0≦x≦1)からなる紫外線センサであることが好ましい。また、光フィルタは色ガラスフィルタであることが好ましい。 As in the case of the UV index measuring device, in the above UV index measuring method, the optical sensor is Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1-x) or Zn An ultraviolet sensor made of xMg1 -xO (where 0 ≦ x ≦ 1) is preferable. The optical filter is preferably a colored glass filter.
本発明によれば、UVインデックスを精度良く測定することができる持ち運び可能なUVインデックス測定装置、およびUVインデックス測定方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the portable UV index measuring apparatus and UV index measuring method which can measure a UV index accurately can be provided.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るUVインデックス測定装置およびUVインデックス測定方法の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a UV index measuring device and a UV index measuring method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図4は、本発明の一実施形態に係るUVインデックス測定装置の主たる構成要素だけを示した図である。同図に示すように、本実施形態に係るUVインデックス測定装置1は、石英ドーム2、拡散板3、光フィルタ4、光センサ5および回路基板6を備えている。図示していないが、UVインデックス測定装置1は、拡散板3、光フィルタ4、光センサ5および回路基板6を覆う遮光性の外装部材や、光センサ5および回路基板6に電力を供給する電源(例えば、充電可能なバッテリ、ボタン電池)も備えている。また、UVインデックス測定装置1は、測定したUVインデックスを表示する手段や、測定したUVインデックスに関するデータを他のデバイスに送信するための通信手段をさらに備えていてもよい。
FIG. 4 is a diagram showing only main components of the UV index measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the UV
石英ドーム2は、周囲の光を集めてUVインデックス測定装置1内に取り込むためのもので、UVインデックス測定装置1の窓部分に設けられている。石英ドーム2は、UVインデックス測定装置1内に雨水等が侵入するのを防ぐ役割も果たしている。拡散板3は、石英ドーム2によって取り込まれた光を拡散させる。これにより、均一な光が光フィルタ4に照射されることになる。
The
石英ドーム2および拡散板3は、従来の放射計10等で使用されているものを使用することができる。なお、光を集光したり拡散したりする必要がない環境で使用する場合は、石英ドーム2および拡散板3を省略することができる。
As the
光フィルタ4は、拡散板3からの拡散光のうち、特定波長の光を透過させる。本実施形態では、図5(B)に示すような透過特性を有する色ガラスフィルタを光フィルタ4として使用している。同図に示すように、光フィルタ4は、長波長側のカットオフ波長、すなわち透過率が最大値の1/√2となる波長λfが約365nmであり、当該波長よりも長波長の光を遮蔽する(ただし、完全には遮蔽されない)。
The
本実施形態では、入手が容易であり、かつ安価であるという理由で色ガラスフィルタを使用したが、長波長の光を遮蔽することができる任意のローパスフィルタを光フィルタ4として使用してもよい。
In the present embodiment, the colored glass filter is used because it is easily available and inexpensive. However, any low-pass filter that can shield light having a long wavelength may be used as the
光センサ5は、光フィルタ4を透過してきた特定波長の光の強度を検出し、当該強度に応じた電気信号を出力する。本実施形態では、紫外線に晒される環境下で長期にわたって使用しても特性が変化しにくいAlxGayIn1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1−x)からなる紫外線センサを光センサ5として使用している。図5(A)に示すように、この光センサ5は、長波長側のカットオフ波長、すなわち感度が最大値の1/√2となる波長λsが約305nmであり、当該波長よりも短波長の光に対して高い感度を有する。なお、光センサ5は、カットオフ波長λsより長波長の光に対しても、最高感度の1/1000程度の感度を有する。
The optical sensor 5 detects the intensity of light having a specific wavelength that has passed through the
光センサ5としては、ワイドギャップ半導体からなる他の紫外線センサを使用することもでき、例えば、ZnxMg1−xO(ただし、0≦x≦1)からなる紫外線センサを使用することもできる。 As the optical sensor 5, another ultraviolet sensor made of a wide gap semiconductor can be used. For example, an ultraviolet sensor made of Zn x Mg 1-x O (where 0 ≦ x ≦ 1) can also be used. .
本実施形態に係る光センサ5は、組成比xyが調整された結果、300nm〜320nmにかけて急激に感度が低下するというカットオフ特性を有している。この特性は、図1に示すCIE作用スペクトルによく似ている。 As a result of adjusting the composition ratio xy, the optical sensor 5 according to the present embodiment has a cut-off characteristic that the sensitivity rapidly decreases from 300 nm to 320 nm. This characteristic is very similar to the CIE action spectrum shown in FIG.
本実施形態に係るUVインデックス測定装置1では、図5(A)に示す感度特性を有する光センサ5が図5(B)に示す透過特性を有する光フィルタ4の透過光の強度を検出する。したがって、UVインデックス測定装置1全体で見たときの感度特性は、光センサ5の感度特性と光フィルタ4の透過特性を掛け合わせたものとなる。
In the UV
UVインデックス測定装置1の感度特性を、図5(C)中に太実線で示す。同図に示すように、UVインデックス測定装置1の感度は、300nm〜320nmおよび370nm〜400nmにおいて急激に変化する。300nm〜320nmにおける変化は、光センサ5の感度特性によるものである。また、370nm〜400nmにおける変化は、光フィルタ4の透過特性によるものである。
The sensitivity characteristic of the UV
回路基板6には、光センサ5の出力値に基づいてUVインデックスを求める演算手段が搭載されている。本実施形態では、光センサ5の出力電流を電圧に変換するI/V変換器、および当該変換により得られた電圧を予め決められたルールに基づいてUVインデックスに置き換える置換部とで演算手段が構成されている。本実施形態では、置換する際に使用するルールとして、図6に示す関係を使用する。このルールによれば、I/V変換によって得られた電圧をUVインデックスに置換することができる。
The
求められたUVインデックスは、UVインデックス測定装置1に備えられた記憶手段に測定時刻とともに記憶されたり、UVインデックス測定装置1に備えられた小型ディスプレイに表示されたりする。求められたUVインデックスに関するデータは、UVインデックス測定装置1と通信可能な別のデバイスに送られてもよい。
The obtained UV index is stored together with the measurement time in a storage unit provided in the UV
演算手段の構成およびUVインデックスを求める際に使用するルールは、種々の変形例が考えられる。本発明では、光センサ5の出力値に基づいてUVインデックスを求めることができる任意の演算手段およびルールを使用することができる。 Various modifications can be considered for the rules used when determining the configuration of the calculation means and the UV index. In the present invention, any calculation means and rule that can obtain the UV index based on the output value of the optical sensor 5 can be used.
以上のように、本実施形態に係るUVインデックス測定装置1では、光センサ5の感度特性および光フィルタ4の透過特性を掛け合わせることにより、図5(C)中に太実線で示した感度特性を実現している。この感度特性は、同図中に破線で示したCIE作用スペクトルに近似している。したがって、本実施形態に係るUVインデックス測定装置1によれば、積分値ICIE(紫外線の強度EλとCIE作用スペクトルSerとの積を250nm〜400nmにわたって積分して得た値)に相関する出力値が光センサ5から得られる。
As described above, in the UV
また、本実施形態に係るUVインデックス測定装置1では、長波長の光を遮蔽する光フィルタが補助的に設けられているので、光センサ5の出力値がUVインデックスの測定とは無関係な長波長の光の影響を受けてしまうのを防ぐことができる。ここで、光フィルタ4のカットオフ波長λfは、紫外線の強度Eλがかなり減衰した波長に設定されているので、カットオフ波長λfが変動したとしても、光センサ5の出力値にはほとんど影響しない。したがって、本実施形態に係るUVインデックス測定装置1によれば、UVインデックスを常に精度良く測定することができる。なお、ワイドギャップ半導体からなる光センサ5のカットオフ波長λsの変動量は、考慮する必要がない程度に微小である。
Further, in the UV
上記作用効果を得るためには、光センサ5のカットオフ波長λsを290nm〜310nmの範囲内で設定することが好ましい。カットオフ波長λsがこの範囲から外れると、光センサ5の出力値と積分値ICIEとの相関関係が崩れ、UVインデックスの測定精度が悪化する恐れがある。 In order to obtain the above effect, it is preferable to set the cutoff wavelength λ s of the optical sensor 5 within a range of 290 nm to 310 nm. If the cutoff wavelength λ s is out of this range, the correlation between the output value of the optical sensor 5 and the integrated value I CIE is lost, and the measurement accuracy of the UV index may be deteriorated.
また、上記作用効果を得るためには、光フィルタ4のカットオフ波長λfと光センサ5のカットオフ波長λsの関係を“λf>λs”とすることが必須であるが、より確実にカットオフ波長λfの変動の影響を排除するためには、“λf−λs≧20nm”とするのが好ましい。また、光センサ5の出力値がUVインデックスの測定とは無関係な長波長の光の影響を受けてしまうのを防ぐという観点から、光フィルタ4のカットオフ波長λfは、400nm以下であることが好ましい。
Further, in order to obtain the above-described effect, it is essential that the relationship between the cutoff wavelength λ f of the
以上をまとめると、本発明においては、光センサ5のカットオフ波長λsを290nm〜310nmの範囲内で設定し、かつ、光フィルタ4のカットオフ波長λfを330nm〜400nmの範囲内で設定することが好ましい。
In summary, in the present invention, the cutoff wavelength λ s of the optical sensor 5 is set within the range of 290 nm to 310 nm, and the cutoff wavelength λ f of the
1 UVインデックス測定装置
2 石英ドーム
3 拡散板
4 光フィルタ
5 光センサ
6 回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光センサは、CIE作用スペクトルに近似したカットオフ特性を有し、
前記光センサの長波長側のカットオフ波長λsと前記光フィルタの長波長側のカットオフ波長λfとの間に、“λf>λs”の関係があることを特徴とするUVインデックス測定装置。 An optical filter that transmits light of a specific wavelength; an optical sensor made of a wide-gap semiconductor that detects the transmitted light of the optical filter; and an arithmetic unit that obtains a UV index based on an output value of the optical sensor,
The optical sensor has a cut-off characteristic approximating a CIE action spectrum,
The UV index characterized in that there is a relationship of “λ f > λ s ” between the cut-off wavelength λ s on the long wavelength side of the optical sensor and the cut-off wavelength λ f on the long wavelength side of the optical filter. measuring device.
前記光センサの出力値に基づいてUVインデックスを求めるステップと、
を備えたことを特徴とするUVインデックス測定方法。 Wide-gap semiconductor with long wavelength cutoff wavelength λ s set within the range of 290 nm to 310 nm is transmitted through the optical filter with the long wavelength side cutoff wavelength λ f set within the range of 320 nm to 400 nm. Detecting with an optical sensor comprising:
Obtaining a UV index based on the output value of the photosensor;
A UV index measurement method comprising:
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